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菱角萤叶甲种群分化研究

郑福山

   菱角萤叶甲(Galerucella birmanica Jacoby)是水生蔬菜——菱角(Trapa natans Linnaeus)上的一种重要害虫,广泛分布于我国的菱角产区。同时,由于菱角萤叶甲食性较为单一,很可能成为北美外来入侵性杂草野生菱角生物防治的理想天敌昆虫。本研究综合运用传统形态分类、生物学和生态学、遗传学、生理生化和分子生物学的方法,从不同的层次全面分析了菱角萤叶甲不同地理种群的分化情况,旨在探讨菱角萤叶甲不同地理种群的种下分化水平以及种群遗传结构与地理分布之间的关系,为研究菱角萤叶甲的传播扩散、防治以及为国外天敌引种筛选理想的种群提供理论依据。 1、根据菱角萤叶甲不同地理种群的形态学特征,运用数值分类的方法可将我国的12个地理种群分为6个大的地理居群,居群之间与地理分布之间具有显著的相关性,其中云南保山种群与其它种群相比具有较大差异,已具备亚种的分类地位。此外,在部分种群之间外生殖器特征也有了一定程度的分化。 2、通过菱角萤叶甲不同地理种群生物学及生态学特性的比较研究可以看出,1)温度是影响菱角萤叶甲生长发育的关键因子,保山种群发育历期最长,泰安种群历期最短;2)种群间世代存活率差异较大,最高的超过60%(上海青浦种群),最低的不到40%(泰安种群);3)产卵高峰出现在生殖前期,但种群间生殖力已经出现了较大的差异,最高为228粒(上海青浦种群),最低仅为70.2粒(广州种群);4)种群间越冬代成虫的过冷却点差异较大,与地理纬度之间符合逻辑斯蒂模型,过冷却点随地理纬度的升高而降低。 3、杂交试验结果表明,不同地理种群的菱角萤叶甲杂交后代的存活率都明显的降低,甚至有的后代不能正常发育到成虫,即种群间已产生较大的生殖隔离。 4、酯酶同工酶分析表明,1)酯酶同工酶在菱角萤叶甲不同地理种群间差异较大,地理种群间的差异要小于菱角萤叶甲和褐背小萤叶甲种间的差异;2)种群间酯酶同工酶的差异与地理距离之间也具有一定的相关性,表明同工酶的变化与菱角萤叶甲的地理分布以及寄主植物之间有着较强的相关性。 5、菱角萤叶甲不同地理种群的mtDNA COI、COII和Cyt b基因序列分析表明,1)菱角萤叶甲五个不同地理种群的COI、COII和Cyt b基因序列的A+T含量分别为71.4%、74.4%和74.9%,明显高于G+C的含量;2)三种基因的转换(T-C,A-G)频率高于颠换(T-A,T-G,C-A,C-G)频率,其中转换以T-C最多,颠换以T-A最多,颠换多发生在密码子的第三位点,转换颠换比(R)值分别为6.3,3.1和6.0;3)三种基因都存在大量的独享单倍型,说明菱角萤叶甲种群间已经有了较大程度的遗传分化,共享单倍型只发生在华北和华中种群间,说明这两个种群间的遗传分化水平较低;4)华北和华中种群存在着一定程度的基因交流,其它种群间已经有很大程度的遗传差异;5)分子进化树显示,菱角萤叶甲五个地理种群的遗传分化与地理分布有着显著的相关性,华北和华中两个在地理位置上非常近的种群首先聚在一起,然后与较近的华南种群聚在一起,最后分别与最远的东北和西南两个种群聚在一起;6)利用三种基因分别对菱角萤叶甲起源探讨的结果也是一致的,菱角萤叶甲与菱角有着共同的起源地——长江中下游地区。 6、rDNA ITS1、ITS2基因序列分析表明,1)rDNA-ITS1基因在菱角萤叶甲种群间进化速度较快,进化树显示,泰安和扬州种群,益阳和新余种群,苏州和上海青浦种群形成三个分支,表明菱角萤叶甲种群分化与寄主和地理距离之间具有较高的相关性;2)rDNA ITS2序列变异位点已达到4.42%,进化速度也较快,云南保山种群与其它种群差异最大,存在多个碱基插入位点。 7、基于多基因的菱角萤叶甲不同地理种群的遗传分化结果表明,不同的分子标记有不同的进化速率,同一分子标记内不同区段进化速率也不同,mtDNA和rDNA是两种进化速率较快但遗传方式不同的分子标记,通过两者联合进行种群遗传分化研究能更好的说明菱角萤叶甲不同地理种群的遗传分化和地理分布之间的关系。从进化速度来看,ITS1 >ITS2 >Cyt b >COII >COI。 8、种上水平的系统发育研究结果表明,1)基于COI基因建立的小萤叶甲属的系统发育树显示10种小萤叶甲均形成4个相同的簇群,簇群内的种类都具有相同或相近的寄主,小萤叶甲属部分种类昆虫的分子进化与寄主植物有着显著的相关性;2)基于16S基因对叶甲科的几个物种间的系统发育比较显示,在遗传距离上,种内<种间<属间<亚科间,这一结果与传统分类学的结果是一致的;3)通过对菱角萤叶甲、褐背小萤叶甲及杂交后代的COI基因进行比较发现,杂交后代与母本是高度同源的,但仍有一定的变异,这些变异中有些位点是稳定和可重复的,通过进化树分析看出,杂交后代并没有形成物种间的过渡类型或者新的物种,可见,COI基因是较为严格的母性遗传基因。……   
[关键词]:小萤叶甲属;菱角萤叶甲;形态特征;生态学特性;杂交;同工酶;COI;COII;Cyt b;ITS1;ITS2;16S;种下分化;系统发育
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:扬州大学2007年